数字信号处理实验报告(自己的实验报告).doc

数字信号处理实验报告西南交通大学信息科学与技术学院姓名：伍先春学号：20092487班级：自动化1班指导老师：张翠芳 实验一 序列的傅立叶变换实验目的 进一步加深理解DFS,DFT算法的原理;1. 研究补零问题;2. 快速傅立叶变换（FFT）的应用。实验步骤1. 复习DFS和DFT的定义，性质和应用；2. 熟悉MATLAB语言的命令窗口、编程窗口和图形窗口的使用；3. 利用提供的程序例子编写实验用程序；4. 按实验内容上机实验，并进行实验结果分析；5. 写出完整的实验报告，并将程序附在后面。实验内容1. 周期方波序列的频谱已知试画出下面四种情况下的的幅度频谱,并分析补零后，对信号频谱的影响。2. 有限长序列x(n)的DFT已知：（1） 取x(n)(n=0:10)时，画出x(n)的频谱X(k) 的幅度；（2） 将（1）中的x(n)以补零的方式，使x(n)加长到(n:0100)时，画出x(n)的频谱X(k) 的幅度；（3）（3） 取x(n)(n:0100)时，画出x(n)的频谱X(k) 的幅度。3. 利用FFT进行谱分析已知：模拟信号以t=0.01n(n=0:N-1)进行采样，求N点DFT的幅值谱。请分别画出N=45; N=50;N=55;N=60时的幅值曲线。数字信号处理实验一1.(1)L=5;N=20;n=1:N;xn=ones(1,L),zeros(1,N-L); Xk=dfs(xn,N); magXk=abs(Xk(N/2+1:N) Xk(1:N/2+1); k=-N/2:N/2; figure(1) subplot(2,1,1); stem(n,xn);xlabel(n);ylabel(xtide(n); title(DFS of SQ.wave:L=5,N=20); subplot(2,1,2); stem(k,magXk); axis(-N/2,N/2,0,16); xlabel(k);ylabel(Xtide(k);(2)L=5;N=40;n=1:N;xn=ones(1,L),zeros(1,N-L); Xk=dfs(xn,N); magXk=abs(Xk(N/2+1:N) Xk(1:N/2+1); k=-N/2:N/2; figure(2) subplot(2,1,1); stem(n,xn);xlabel(n);ylabel(xtide(n); title(DFS of SQ.wave:L=5,N=40); subplot(2,1,2); stem(k,magXk); axis(-N/2,N/2,0,16); xlabel(k);ylabel(Xtide(k);(3)L=5;N=60;n=1:N;xn=ones(1,L),zeros(1,N-L); Xk=dfs(xn,N); magXk=abs(Xk(N/2+1:N) Xk(1:N/2+1); k=-N/2:N/2; figure(3) subplot(2,1,1); stem(n,xn);xlabel(n);ylabel(xtide(n); title(DFS of SQ.wave:L=5,N=60); subplot(2,1,2); stem(k,magXk); axis(-N/2,N/2,0,16); xlabel(k);ylabel(Xtide(k);(4)L=7;N=60;n=1:N;xn=ones(1,L),zeros(1,N-L); Xk=dfs(xn,N); magXk=abs(Xk(N/2+1:N) Xk(1:N/2+1); k=-N/2:N/2; figure(4) subplot(2,1,1); stem(n,xn);xlabel(n);ylabel(xtide(n); title(DFS of SQ.wave:L=7,N=60); subplot(2,1,2); stem(k,magXk); axis(-N/2,N/2,0,16); xlabel(k);ylabel(Xtide(k);2. (1)M=10;N=10;n=1:M;xn=cos(0.48*pi*n)+cos(0.52*pi*n);n1=0:1:N-1;y1=xn(1:1:M),zeros(1,N-M);figure(1) subplot(2,1,1);stem(n1,y1);xlabel(n); title(signal x(n),0=n=10); axis(0,N,-2.5,2.5);Y1=fft(y1);magY1=abs(Y1(1:1:N/2+1);k1=0:1:N/2;w1=2*pi/N*k1;subplot(2,1,2); title(Samples of DTFT Magnitude); stem(w1/pi,magY1); axis(0,1,0,10); xlabel(frequency in pi units);(2)M=10;N=100;n=1:M;xn=cos(0.48*pi*n)+cos(0.52*pi*n);n1=0:1:N-1;y1=xn(1:1:M),zeros(1,N-M);figure(2) subplot(2,1,1);stem(n1,y1);xlabel(n); title(signal x(n),0=n=10); axis(0,N,-2.5,2.5);Y1=fft(y1);magY1=abs(Y1(1:1:N/2+1);k1=0:1:N/2;w1=2*pi/N*k1;subplot(2,1,2); title(Samples of DTFT Magnitude); stem(w1/pi,magY1); axis(0,1,0,10); xlabel(frequency in pi units);(3)M=100;N=100;n=1:M;xn=cos(0.48*pi*n)+cos(0.52*pi*n);n1=0:1:N-1;y1=xn(1:1:M),zeros(1,N-M);figure(3) subplot(2,1,1);stem(n1,y1);xlabel(n); title(signal x(n),0=n=100); axis(0,N,-2.5,2.5);Y1=fft(y1);magY1=abs(Y1(1:1:N/2+1);k1=0:1:N/2;w1=2*pi/N*k1;subplot(2,1,2); title(Samples of DTFT Magnitude); stem(w1/pi,magY1); axis(0,1,0,10); xlabel(frequency in pi units);3.figure(1)subplot(2,2,1)N=45;n=0:N-1;t=0.01*n;q=n*2*pi/N;x=2*sin(4*pi*t)+5*cos(8*pi*t);y=fft(x,N);plot(q,abs(y)stem(q,abs(y)title(FFT N=45)%subplot(2,2,2)N=50;n=0:N-1;t=0.01*n;q=n*2*pi/N;x=2*sin(4*pi*t)+5*cos(8*pi*t);y=fft(x,N);plot(q,abs(y)title(FFT N=50)%subplot(2,2,3)N=55;n=0:N-1;t=0.01*n;q=n*2*pi/N;x=2*sin(4*pi*t)+5*cos(8*pi*t);y=fft(x,N);plot(q,abs(y)title(FFT N=55)%subplot(2,2,4)N=16;n=0:N-1;t=0.01*n;q=n*2*pi/N;x=2*sin(4*pi*t)+5*cos(8*pi*t);y=fft(x,N);plot(q,abs(y)title(FFT N=16)functionXk=dfs(xn,N)n=0:1:N-1;k=0:1:N-1;WN=exp(-j*2*pi/N);nk=n*k;WNnk=WN.nk;Xk=xn*WNnk;实验二 用双线性变换法设计IIR数字滤波器一、 实验目的1 熟悉用双线性变换法设计IIR数字滤波器的原理与方法；2 掌握数字滤波器的计算机仿真方法；3 通过观察对实际心电图的滤波作用，获得数字滤波器的感性知识。二、 实验内容1 用双线性变换法设计一个巴特沃斯低通IIR滤波器，设计指标参数为：在通带内频率低于0.2时，最大衰减小于1dB；在阻带内0.3，频率区间上，最小衰减大于1 5dB 。2 以0.2为采样间隔，打印出数字滤波器在频率区间0，0.2上的幅值响应曲线。3 用所设计的滤波器对实际的心电图信号采样序列x（n）（见教科书上254页实验二的第六部分）进行仿真滤波处理，并分别打印出滤波前后的心电图信号波形图，观察总结滤波作用与效果。三、 实验步骤1（参考数字信号处理教材实验二）；2（参考数字信号处理教材实验二）；3用MATLAB语言编写仿真滤波程序，完成实验内容13；4写出完整的实验报告并回答教科书上的思考题。四、 IIR滤波器设计的常用函数1. Butter 功能：Butterwoeth（巴特沃斯）数字滤波器设计。 格式：b，a=butter（n，Wn） 可设计出截止频率为Wn的n阶低通Butterwoeth滤波器，其滤波器为截止频率是滤波器幅度下降至处的频率.2Buttord IIR(巴特沃斯)滤波器阶的选择格式 n,Wn=buttord(Wp,Ws,Rp,Rs)-数字域 n,Wn=buttord(Wp,Ws,Rp,Rs,s)-模拟域 说明：buttord可在给定滤波器性能的情况下，选择模拟或数字Butterword滤波器的最小阶，其中Wp和Ws分别是通带和阻带的截止频率，其值，当其值为1时，表示0.5,Rp,RS分别是通带和阻带区的波纹系数。 例如：设计一低通滤波器，通带范围0100Hz，通带波纹小于3dB，阻带为-30dB，并利用最小的阶来实现，其程序如下Wp=100/500； Ws=200/500；n，Wn=buttord（Wp,Ws,3，30）；b，a=butter（n，Wn）；freqz（b，a，512，1000） 图 低通滤波器特性（n=8） 2-1、T=pi/2;Fs=1/T;wpz=0.2;wsz=0.3;wp=2*tan(wpz*pi/2);ws=2*tan(wsz*pi/2);rp=1;rs=15;N,wc=buttord(wp,ws,rp,rs,s)B,A=butter(N,wc,s)k=0:511;fk=0:0.2*pi:pi/2;wk=2*pi*fk;Hk=freqs(B,A,wk);subplot(1,1,1);plot(fk,20*log10(abs(Hk);grid onxlabel(频率（Hz）);ylabel(幅度（dB）)2-2 b,a=butterw(0.2,0.3,1,15); figure(1)freqz(b,a,0:0.02*pi:0.2*pi)b,a=butterw(0.2,0.3,1,15);xn=-4,-2,0,-4,-6,-4,-2,-4,-6,-6,-4,-4,-6,-6,-2,6,12,8,0,-16,-38,-60,-84,-90,-66,-32,-4,-2,-4,8,12,12,10,6,6,6,4,0,0,0,0,0,-2,-4,0,0,0,-2,-2,0,0,-2,-2,-2,-2,0;N=length(xn);figure(2)subplot(2,1,1);plot(xn) title(before)yn=filter(b,a,xn);subplot(2,1,2);plot(yn)title(after)准备函数：Butterwfunction b,a=butterw(wp,ws,ap,as)T=0.2; Wp=(2*tan(wp/2)/T; Ws=(2*tan(ws/2)/T;t1=0.1*ap;t2=0.1*as;k=(10t1-1)/(10t2-1)0.5;r=Ws/Wp;n=-log10(k)/log10(r); n=floor(n)+1; Wn=Wp*(100.1*ap-1)(-1/(2*n); Z,P,K=butter(n,Wn,s);lp=length(P);z=-ones(1,lp);z=z;p=1/(1-P); k=K/(2/T)lp); b,a=zp2tf(z,p,k);实验三 用窗函数法设计FIR数字滤波器1. 实验目的及原理方法参考（301302）页2. 实验内容l 用MATLAB产生各种窗函数l 利用窗函数设计FIR滤波器参考程序： （1）用MATLAB实现各种窗函数m=200;a=boxcar(m); 矩形窗b=hanning(m); 汉宁窗c=hamming(m); 海明窗d=blackman(m); 布莱克曼窗e=kaiser(m,7.865); 凯泽窗m=1:200;plot(m,a,r*,m,b,g+,m,c,y*,m,d,b.)（2） 利用窗函数设计FIR滤波器 设计具有下列指标wp=0.25p,Rp=0.25dB，ws=0.3p,Rp=50dB的低通数字滤波器。要求：l 选择合适的窗函数;l 画出滤波器的频率特性几个主要的MATLAB函数（1）r,p,k=residuez(b,a) 将有理分式变换成部分分式表示（2）b,a=residuez(r,p,k) 将部分分式换成有理分式变表示式中各参数意义如下：（3）freqz(b,a) 画连续系统的频率特性曲线（4）impz(b,a，101) 画系统的脉冲响应三、实验程序1m=200;a=boxcar(m);%矩形窗b=hanning(m);%汉宁窗c=hamming(m);%海明窗d=blackman(m);%布莱克曼窗e=kaiser(m,7.865);%凯泽窗m=1:200;plot(m,a,r*,m,b,g+,m,c,y*,m,d,b.)2)Wp=0.25*pi;Ws=0.3*pi;tr_width=Ws-Wp;%求过渡带宽 N=ceil(6.6*pi/tr_width)+1%求窗的宽度 n=0:1:N-1; Wc=(Ws+Wp)/2;%理